ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Качественно подготовленный образец ДНК помещают в маленький приемник (нишу в устройстве), откуда биоматериал поступает в камеру с нанопорами. Каждая нанопора находится в центре специальной зоны в этом устройстве, как горошина посреди футбольного поля. Единственного устройства MinION, конечно, недостаточно для секвенирования целого человеческого генома, но благодаря мобильности и удобству применения этого устройства для него открываются новые рынки и области прикладного использования: от полевой исследовательской работы и прогнозирования до изучения инфекционных заболеваний и применения в школах. Так, MinION применяли в Гвинее (Западная Африка) для изучения вспышек вируса Эболы, в Бразилии для контроля эпидемии вируса Zika, а также на Международной космической станции для анализа штаммов микроорганизмов в режиме реального времени. Компания планирует создать обширную облачную базу данных, информация в которую поступает с мобильных секвенаторов ДНК. Браун намерен «сломить редуты медицинских и страховых компаний, после чего миллионы людей смогут свободно обмениваться генетической информацией, создавая виртуальные рекомбинации и так называемых виртуальных интернет-существ».

Спустя годы ожиданий может показаться, что генетическое сообщество весьма скептически воспринимает перспективы новых технологий. Когда в 2014 году исследователь из Броудовского института предъявил первые общедоступные данные, сгенерированные при помощи оксфордской технологии MinION, аудитория явно не впечатлилась. Однако, пока коллеги с нетерпением дожидались дальнейшего повышения точности и производительности этой технологии, я с восхищением отметил, что теперь, с новой технологией, мы обрели возможность определять генетическиепоследовательности в реальном времени, читая код жизни по обычным флуктуациям тока. Да, предстоит еще долгая работа, но я верю, что эта технология – либо некая ее альтернатива, например работа с искусственными нанопорами, вытравленными на кремниевых пластинах, – будет следующим большим прорывом в секвенировании.

Инга Моралес из Университета Сан-Паулу, охотница за вирусами, закладывает образец в портативный секвенатор ДНК, занимаясь проектом ZiBRA (анализ на бразильский вирус Zika в реальном времени)

В 2010 году в Колд-Спринг-Харборе состоялась конференция по персонализированной геномике, где мы познакомились с молодым человеком по имени Боги Элиазен, у которого были наполеоновские планы: секвенировать геномы всех своих соотечественников. Родом он с небольшого архипелага, численность населения которого всего 50 тысяч человек, и генетической меккой эта территория пока не считается. Я был заинтригован.

Фарерские острова – это группа из одиннадцати живописных островов в Северном море; архипелаг расположен примерно на полпути между Шотландией и Исландией. Цель проекта FarGen, основным устроителем которого стал Элиасен, заключается в секвенировании геномов всех фарерцев, что должно быть полезно для медицинского обслуживания проживающего населения. Эти данные не будут предоставляться гражданам – их станут вносить в медицинские карты, которыми смогут пользоваться врачи.

С тех пор было анонсировано еще несколько амбициозных национальных геномных проектов, в том числе Саудовская программа по секвенированию генома человека и программа Genomics England, финансируемая британским правительством. Каждая из подобных программ нацелена на то, чтобы секвенировать по 100 тысяч геномов произвольно отобранных индивидов. «Великобритания станет первой страной, которая внедрит эту технологию в основную систему здравоохранения и возглавит глобальную гонку за более качественные анализы, препараты и – самое главное – за персонализированный уход, что поможет спасать человеческие жизни», – обещал министр здравоохранения Джереми Хант.

Значительное (на порядки) удешевление секвенирования человеческого генома с 2007 года (коммерческий запуск секвенирования нового поколения) до наших дней. Уже достигнута контрольная точка в 1000 долларов, а в ближайшие годы процедура может стать даже еще дешевле. Технологии секвенирования развиваются настолько быстро, что давно не подчиняются закону Мура (сплошная линия). Так называется знаменитая закономерность, указанная сооснователем компании Intel Гордоном Муром, согласно которой вычислительная мощность компьютеров, доступных за конкретную сумму, должна удваиваться примерно каждые два года

Проекты по секвенированию геномов в больших популяциях не могли не заинтересовать и представителей частного сектора экономики. Крейг Вентер, который (как ни странно) около десяти лет оставался невостребованным в области геномики, вернулся в высшую лигу во главе новой компании Human Longevity, стартовый инвестиционный капитал которой составил 70 миллионов долларов. Цель проекта, по утверждению Вентера, – идентифицировать ключевые варианты ДНК, обеспечивающие здоровье и долголетие; для этого были отсеквенированы геномы сотен пациентов, в том числе страдавших болезнью Альцгеймера. Забавно, что, как и во времена компании Celera, Вентер сулит, что часть этой информации может представлять ценность для фармацевтических компаний. Однако времена изменились: секвенирование геномов стремительно превращается в повседневную практику, и сложно вообразить, как единственная компания могла бы обеспечить себе монополию на всю такую информацию. Кроме того, кажется вполне логичным (если не сказать – неизбежным), что в большинстве фармацевтических компаний секвенирование геномов скоро станет неотъемлемой частью процесса этапа клинических исследований и тем самым средством, которое позволит отсортировать добровольцев на группы, где препарат был эффективен и где нет, с целью анализа механизмов действия каждого нового фармацевтического средства.

В начале этой главы я вспоминал, как около десяти лет назад мой геном отсеквенировали примерно за один миллион долларов. Сегодня такие компании, как Veritas Genetics, предлагают персонализированное секвенирование генома и интерпретацию данных за 1000 долларов, с дополнительной консультацией врача. В январе 2017 года новый генеральный директор компании Illumnia Френсис де Суза продемонстрировал новейший прибор для секвенирования, разработанный в их организации. Прибор называется NovaSeq, и уже через несколько лет он скорее всего сможет обеспечить секвенирование генома всего за 100 долларов. В будущем нас, несомненно, ждет повсеместное распространение геномики и получение информации о геноме в режиме реального времени, что реорганизует всю сферу здравоохранения и персонального медицинского ухода. Пока это лишь отдаленная перспектива. У нас в организме находится не только геном любой из соматических клеток, прослеживаемый вплоть до оплодотворенной яйцеклетки, из которой развился каждый человек; кроме того, человеческий организм содержит миллиарды микроорганизмов, и у каждого свой геном. Совокупность этих микробов может составлять от одного до трех процентов массы нашего тела, и от тонкого баланса этой микрофлоры может зависеть многое: реализация аутоиммунных реакций, риск развития ожирения, некоторые психические расстройства, связанные с уровнем нейромедиаторов (на уровень нейромедиаторов также может влиять состояние нашей кишечной микробиоты). Каждый день подтверждается, что так называемый микробиом (собирательный термин, означающий совокупность геномов триллионов бактерий, живущих у нас на коже, во рту, в кишечнике и в других полостях) влияет на наше здоровье гораздо сильнее, чем можно было бы предположить. В самом деле, по сравнению с имеющейся у нас бактериальной ДНК объем человеческой ДНК просто ничтожен. Возможно, нам не удастся полностью реализовать потенциал геномики для улучшения качества жизни, пока не будут учтены все ДНК, которые для нас, строго говоря, чужеродны, но необходимы для нашей жизни. Если трактовать секвенирование в таком контексте, оно никогда не станет ни молниеносно быстрым, ни слишком дешевым.